[论文解读] Hidden Variables and the Large-Scale Structure of Spacetime

Antony Valentini|ArXiv.org|Apr 2, 2005

Advanced Mathematical Theories and Applications被引用 8

一句话总结

本文主张，为了容纳宏观量子非定域性，确定性隐变量理论必须引入时空的优选 foliation（叶状结构）。非平衡态允许瞬时信号传递，从而定义了绝对同时性。其核心贡献在于，绝对同时性并非相对论的产物，而是非平衡量子动力学的自然结果，从而挑战了时空结构中基本洛伦兹不变性的假设。

ABSTRACT

We discuss how to embed quantum nonlocality in an approximately classical spacetime background, a question which must be answered irrespective of any underlying microscopic theory of spacetime. We argue that, in deterministic hidden-variables theories, the choice of spacetime kinematics should be dictated by the properties of generic non-equilibrium states, which allow nonlocal signalling. Such signalling provides an operational definition of absolute simultaneity, which may naturally be associated with a preferred foliation of classical spacetime. The argument applies to any deterministic hidden-variables theory, and to both flat and curved spacetime backgrounds. We include some critical discussion of Einstein's 1905 'operational' approach to relativity, and compare it with that of Poincare.

研究动机与目标

• 解决量子非定域性如何能一致地嵌入近似经典时空背景中的问题。
• 论证在确定性隐变量理论中，非平衡态可实现瞬时信号传递，从而定义绝对同时性。
• 通过表明在考虑非平衡动力学时洛伦兹不变性并非必需，挑战其作为基本对称性的假设。
• 通过对比爱因斯坦的操作性方法与彭加勒更具灵活性的现象学时空观，重新审视相对论的基础。
• 提出时空运动学应由普遍物理效应（包括非定域性）决定，而非由先验对称性假设预先设定。

提出的方法

• 分析确定性隐变量理论，特别是导航波理论，以研究非平衡态对时空结构的影响。
• 利用非平衡态中通过非定域信号传递的同步性操作定义，来界定时空的优选叶状结构。
• 将该框架应用于平直时空和弯曲时空，表明其在不同几何结构下的一致性。
• 将爱因斯坦1905年基于操作定义的相对论方法与彭加勒的观点进行对比，突出后者在容纳非定域性方面的更大灵活性。
• 论证时空的运动学结构应源自物理现象（尤其是非定域性）而非先验地强加。
• 将洛伦兹不变性重新解释为低能近似，而非基本对称性，尤其是在考虑非平衡量子动力学的背景下。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不违反因果律的前提下，量子非定域性能否被一致地嵌入经典时空背景？
• RQ2 隐变量理论中非平衡态的存在是否意味着时空存在优选叶状结构？
• RQ3 通过信号传递定义的同步性与相对论中的同时性相对性有何不同？
• RQ4 为何在非平衡量子动力学的语境下，洛伦兹不变性并非基本对称性？
• RQ5 即使在平衡态中不可探测，优选参考系是否仍具有物理意义？

主要发现

• 在确定性隐变量理论的非平衡态中，瞬时信号传递是可能的，从而提供了绝对同时性的操作定义。
• 这种绝对同时性自然关联于一个由非平衡态动力学所涌现的时空优选叶状结构。
• 该优选叶状结构并非特定理论的产物，而是任何具有非定域性的确定性隐变量框架的普遍特征。
• 该论证适用于平直和弯曲时空，表明其框架具有广泛适用性。
• 人们普遍不愿接受优选参考系，源于爱因斯坦对相对论的操作性方法，该方法将洛伦兹不变性视为基本对称性，尽管其并非普遍必需。
• 本文结论认为，时空几何应由物理现象（包括非定域性）决定，而非由先验对称性假设预先设定。